礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

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蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 0 摘 要 礦 井 提 升 機(jī) 是 礦 井 運(yùn) 輸 的 重 要 設(shè) 備 是 溝 通 礦 井 上 下 的 紐 帶 的 礦 井 提 升 機(jī) 的 可 靠 運(yùn) 行 直 接 關(guān) 系 到 煤 礦 生 產(chǎn) 的 安 全 礦 井 提 升 機(jī) 信 號(hào) 系 統(tǒng) 的 可 靠 性 和 準(zhǔn) 確 性 是 礦 井 提 升 和 安 全 運(yùn) 輸 的 重 要 保 證 本 設(shè) 計(jì) 主 要 完 成 的 礦 井 提 升 機(jī) 信 號(hào) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 和 組 態(tài) 設(shè) 計(jì) 設(shè) 計(jì) 中 運(yùn) 用 PLC控 制 技 術(shù) PLC系 統(tǒng) 采 用 三 菱 公 司 的 FX2N系 列 作 為 主 控 制 器 對(duì) 井 口 井 底 機(jī) 房 信 號(hào) 臺(tái) 進(jìn) 行 信 號(hào) 聯(lián) 絡(luò) 組 態(tài) 設(shè) 計(jì) 使 用 WINCC完 成 能 夠 實(shí) 現(xiàn) 上 位 監(jiān) 控 功 能 使 用 編 程 軟 件 實(shí) 現(xiàn) 信 號(hào) 的 聯(lián) 絡(luò) 采 用 PLC控 制 不 但 提 高 了 信 號(hào) 傳 輸 的 可 靠 性 和 準(zhǔn) 確 性 而 且 具 有 極 大 的 靈 活 性 和 擴(kuò) 展 性 在 不 改 變 系 統(tǒng) 硬 件 的 前 提 下 僅 靠 改 變 PLC內(nèi) 部 的 程 序 就 可 滿 足 用 戶 要 求 有 效 地 解 決 了 信 號(hào) 系 統(tǒng) 中 的 遠(yuǎn) 距 離 傳 輸 和 可 靠 性 問 題 關(guān) 鍵 詞 礦 井 提 升 機(jī) 信 號(hào) 系 統(tǒng) PLC 上 位 監(jiān) 控 WINCC 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 1 Abstract Mine hoist is the important equipment of transportation it s the links that throughout the mine The reliability and accuracy of signal system of mine hoist is an important guarantee for the upgrading and safe transport The completion of the design is the signal system of mine hoist and configuration design PLC control use of the design of technology PLC system uses Mitsubishi FX2N series as the main controller to contact the wellhead bottom and the engine room system WINCC completed configuration design to achieve the top monitoring The use of software programming signal contact PLC control not only improve the use of the signal transmission reliability and accuracy but also has great flexibility and scalability Without changing the system s hardware only change the program of PLC will meet user s requirements Effective solution to the signal system of long distance transmission and reliability issues Keywords signal system of mine hoist PLC the top monitoring WINCC 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 2 目 錄 第 一 章 礦 井 提 升 機(jī) 信 號(hào) 系 統(tǒng) 概 述 1 1 1 礦 井 提 升 機(jī) 信 號(hào) 系 統(tǒng) 的 背 景 1 2 本 次 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 的 工 藝 及 要 求 1 2 1 工 藝 及 設(shè) 計(jì) 介 紹 1 2 2 功 能 1 2 3 設(shè) 計(jì) 簡 介 第 二 章 控 制 系 統(tǒng) 方 案 論 證 與 選 擇 2 1 系 統(tǒng) 總 體 設(shè) 計(jì) 思 想 3 第 三 章 硬 件 設(shè) 計(jì) 8 3 1 軌 道 開 關(guān) 設(shè) 計(jì) 8 3 2 三 相 異 步 電 動(dòng) 機(jī) 8 3 3 變 頻 器 8 3 4 編 碼 器 13 3 5PLC 設(shè) 計(jì) 15 3 5 1Quamtum PLC 選 型 15 3 5 2 PLC 模 塊 接 線 20 3 5 3 主 從 站 連 接 22 3 6 電 氣 元 件 選 型 23 3 7 硬 件 原 理 圖 如 大 圖 1 或 附 錄 一 示 24 第 四 章 PLC 程 序 設(shè) 計(jì) 26 4 1Concept2 5 簡 介 26 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 3 4 2 編 程 步 驟 27 4 2 1 模 塊 選 型 27 4 2 2 地 址 分 配 29 4 2 3 部 分 程 序 設(shè) 計(jì) 說 明 31 4 3 程 序 流 程 圖 附 錄 二 33 4 4 程 序 梯 形 圖 附 錄 三 33 第 五 章 上 位 組 態(tài) 設(shè) 計(jì) 34 5 1 組 態(tài) 軟 件 介 紹 34 5 1 1 組 態(tài) 軟 件 的 發(fā) 展 歷 史 和 定 義 35 5 1 2 組 態(tài) 軟 件 定 義 35 5 2 組 態(tài) 王 組 態(tài) 軟 件 概 述 36 5 2 1 組 態(tài) 王 軟 件 版 本 介 紹 36 5 2 2 組 態(tài) 王 軟 件 的 功 能 分 析 36 5 2 3 組 態(tài) 王 軟 件 的 組 成 37 5 3 組 態(tài) 王 設(shè) 計(jì) 38 5 3 1 組 態(tài) 王 中 工 程 的 建 立 39 5 3 2 變 量 統(tǒng) 計(jì) 及 數(shù) 據(jù) 詞 典 的 建 立 39 5 3 3 變 量 連 接 的 建 立 40 5 4 組 態(tài) 王 的 使 用 41 設(shè) 計(jì) 總 結(jié) 47 參 考 文 獻(xiàn) 48 英 文 翻 譯 49 致 謝 68 附 錄 一 見 系 統(tǒng) 硬 件 分 塊 圖 69 附 錄 二 69 附 錄 三 75 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 4 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 5 第 一 章 礦 井 提 升 機(jī) 信 號(hào) 系 統(tǒng) 概 述 1 1 礦 井 提 升 機(jī) 信 號(hào) 系 統(tǒng) 的 背 景 礦 山 多 中 段 提 升 豎 井 一 般 都 是 副 井 或 混 合 井 其 提 升 任 務(wù) 繁 重 作 業(yè) 種 類 復(fù) 雜 中 途 停 靠 頻 繁 因 此 需 要 一 個(gè) 高 度 安 全 可 靠 功 能 完 善 由 可 編 程 序 控 制 器 programmable Logica controller 簡 稱 PLC 為 控 制 核 心 的 提 升 信 號(hào) 系 統(tǒng) 國 內(nèi) 多 數(shù) 礦 山 的 豎 井 提 升 信 號(hào) 系 統(tǒng) 一 般 由 各 種 控 制 繼 電 器 和 主 令 開 關(guān) 構(gòu) 成 且 多 為 20世 紀(jì) 50年 代 的 仿 蘇 產(chǎn) 品 它 的 突 出 特 點(diǎn) 是 用 點(diǎn) 信 號(hào) 即 電 鈴 振 響 或 指 示 燈 明 滅 的 次 數(shù) 來 代 表 各 種 提 升 信 號(hào) 例 如 有 的 公 司 以 一 長 點(diǎn) 表 示 要 罐 一 長 兩 短 表 示 上 行 一 長 三 短 表 示 下 行 兩 短 表 示 提 物 三 短 表 示 提 人 等 等 各 提 升 中 段 發(fā) 出 的 點(diǎn) 信 號(hào) 直 接 傳 遞 到 井 口 總 信 號(hào) 房 再 由 井 口 總 信 號(hào) 工 轉(zhuǎn) 發(fā) 到 提 升 機(jī) 房 這 種 系 統(tǒng) 信 號(hào) 簡 潔 操 作 方 便 快 慢 自 如 多 年 來 已 沿 用 成 習(xí) 盡 管 各 單 位 點(diǎn) 信 號(hào) 的 組 合 方 式 有 所 不 同 但 原 理 是 相 同 的 雖 然 這 種 信 號(hào) 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 簡 單 操 作 方 便 但 存 在 如 下 缺 點(diǎn) 1由 于 無 法 保 留 和 復(fù) 現(xiàn) 點(diǎn) 數(shù) 所 以 信 號(hào) 識(shí) 別 全 憑 操 作 者 的 聽 覺 和 視 覺 容 易 造 成 信 號(hào) 的 誤 認(rèn) 和 誤 傳 因 信 號(hào) 的 誤 認(rèn) 和 誤 傳 而 導(dǎo) 致 的 提 升 事 故 屢 見 不 鮮 2信 號(hào) 之 間 信 號(hào) 系 統(tǒng) 與 提 升 機(jī) 電 控 系 統(tǒng) 之 間 沒 有 聯(lián) 鎖 井 口 總 信 號(hào) 工 和 司 機(jī) 的 操 作 不 受 制 約 很 容 易 因 誤 操 作 而 引 發(fā) 事 故 3 聲 光 信 號(hào) 一 瞬 即 逝 無 據(jù) 可 查 一 旦 發(fā) 生 事 故 給 事 故 分 析 帶 來 困 難 很 難 找 出 真 正 的 事 故 原 因 致 使 同 類 事 故 重 復(fù) 發(fā) 生 4 由 于 信 號(hào) 稍 縱 即 逝 操 作 人 員 的 精 力 必 須 高 度 集 中 加 重 了 工 人 的 負(fù) 擔(dān) 近 年 來 研 制 成 功 的 且 已 為 許 多 礦 山 實(shí) 際 應(yīng) 用 的 PLC信 號(hào) 系 統(tǒng) 能 夠 克 服 上 述 缺 點(diǎn) 它 不 但 完 全 符 合 冶 金 礦 山 安 全 規(guī) 程 中 有 關(guān) 提 升 信 號(hào) 的 各 項(xiàng) 規(guī) 定 而 且 保 留 了 原 信 號(hào) 系 統(tǒng) 的 特 點(diǎn) 和 操 作 習(xí) 慣 技 術(shù) 改 造 方 便 功 能 齊 全 新 型 礦 井 提 升 機(jī) 信 號(hào) 裝 置 的 使 用 有 效 地 解 決 了 在 微 機(jī) 系 統(tǒng) 中 信 號(hào) 的 遠(yuǎn) 距 離 傳 輸 和 可 靠 性 問 題 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 6 1 2 本 次 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 的 工 藝 及 要 求 本 設(shè) 計(jì) 做 的 是 礦 井 提 升 機(jī) 信 號(hào) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 取 材 于 某 礦 山 提 升 機(jī) 信 號(hào) 系 統(tǒng) 工 程 實(shí) 例 設(shè) 計(jì) 系 統(tǒng) 包 括 車 房 信 號(hào) 臺(tái) 井 口 信 號(hào) 臺(tái) 井 下 各 中 段 信 號(hào) 臺(tái) 三 部 分 構(gòu) 成 各 部 分 由 井 口 信 號(hào) 臺(tái) PLC集 中 控 制 實(shí) 現(xiàn) 各 部 分 的 信 號(hào) 聯(lián) 絡(luò) 1 2 1 工 藝 及 設(shè) 計(jì) 介 紹 了 解 項(xiàng) 目 要 求 包 括 熟 悉 工 藝 條 件 及 要 求 了 解 控 制 要 求 確 定 控 制 方 案 包 括 根 據(jù) 工 藝 條 件 及 控 制 要 求 指 標(biāo) 被 控 對(duì) 象 的 特 點(diǎn) 確 定 難 點(diǎn) 確 定 整 體 控 制 方 案 包 括 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 設(shè) 計(jì) 依 據(jù) 控 制 設(shè) 計(jì) 包 括 電 器 的 選 擇 工 藝 設(shè) 計(jì) 控 制 器 設(shè) 備 及 元 器 件 的 選 擇 圖 紙 的 設(shè) 計(jì) 軟 件 設(shè) 計(jì) 流 程 圖 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 軟 件 設(shè) 計(jì) 說 明 具 體 的 編 程 設(shè) 計(jì) 修 改 完 善 系 統(tǒng) 的 安 裝 調(diào) 試 及 參 數(shù) 整 定 操 作 說 明 書 為 了 具 體 去 做 本 次 設(shè) 計(jì) 我 們 先 了 解 一 下 礦 井 提 升 機(jī) 信 號(hào) 系 統(tǒng) 其 設(shè) 備 配 置 示 意 圖 如 下 頁 圖 所 示 目 前 國 內(nèi) 多 數(shù) 礦 山 傳 統(tǒng) 的 豎 井 提 升 信 號(hào) 系 統(tǒng) 一 般 由 各 種 控 制 繼 電 器 和 主 令 開 關(guān) 構(gòu) 成 它 的 突 出 特 點(diǎn) 是 用 點(diǎn) 信 號(hào) 礦 井 提 升 機(jī) 的 信 號(hào) 系 統(tǒng) 包 括 聲 光 信 號(hào) 輔 助 信 號(hào) 電 話 等 信 號(hào) 種 類 一 般 有 工 作 執(zhí) 行 信 號(hào) 提 升 去 向 信 號(hào) 罐 位 信 號(hào) 提 升 種 類 信 號(hào) 檢 修 信 號(hào) 事 故 信 號(hào) 聯(lián) 絡(luò) 信 號(hào) 等 為 便 于 操 作 各 個(gè) 礦 山 企 業(yè) 均 制 定 了 相 應(yīng) 的 信 號(hào) 規(guī) 定 如 規(guī) 定 聲 音 一 長 為 要 罐 二 短 為 上 行 三 短 為 下 行 等 并 輔 之 以 電 話 聯(lián) 系 但 是 信 號(hào) 規(guī) 定 僅 僅 從 制 度 上 保 證 操 作 安 全 實(shí) 際 上 并 不 能 保 證 生 產(chǎn) 中 不 發(fā) 生 事 故 這 是 因 為 1 信 號(hào) 是 由 人 來 執(zhí) 行 操 作 的 人 所 處 的 環(huán) 境 因 素 不 同 精 神 狀 態(tài) 也 處 于 變 化 之 中 難 免 發(fā) 生 誤 操 作 2 傳 統(tǒng) 的 信 號(hào) 系 統(tǒng) 沒 有 記 憶 功 能 即 無 法 記 憶 起 井 下 各 中 段 所 發(fā) 出 的 信 號(hào) 當(dāng) 提 升 機(jī) 司 機(jī) 注 意 力 不 集 中 或 離 崗 后 重 新 返 回 時(shí) 由 于 無 法 確 認(rèn) 井 下 所 發(fā) 出 的 信 號(hào) 極 易 誤 操 作 而 引 發(fā) 事 故 3 傳 統(tǒng) 的 繼 電 器 電 控 或 信 號(hào) 系 統(tǒng) 為 有 觸 點(diǎn) 系 統(tǒng) 元 件 易 發(fā) 生 故 障 工 作 可 靠 性 差 一 旦 控 制 閉 鎖 失 靈 則 事 故 將 不 可 避 免 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 7 圖 1 1 設(shè) 備 配 置 示 意 圖 實(shí) 際 做 時(shí) 只 有 兩 個(gè) 灌 位 近 年 來 研 制 成 功 的 且 已 為 許 多 礦 山 實(shí) 際 應(yīng) 用 的 PLC信 號(hào) 系 統(tǒng) 能 夠 克 服 上 述 缺 點(diǎn) 它 不 但 完 全 符 合 冶 金 礦 山 安 全 規(guī) 程 中 有 關(guān) 提 升 信 號(hào) 的 各 項(xiàng) 規(guī) 定 而 且 保 留 了 原 信 號(hào) 系 統(tǒng) 的 特 點(diǎn) 和 操 作 習(xí) 慣 技 術(shù) 改 造 方 便 功 能 齊 全 采 用 PLC控 制 的 電 控 系 統(tǒng) 能 按 照 國 家 安 全 規(guī) 程 的 有 關(guān) 規(guī) 定 來 設(shè) 計(jì) 電 控 或 信 號(hào) 系 統(tǒng) 的 硬 件 和 軟 件 并 可 對(duì) 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 顯 示 和 控 制 只 有 當(dāng) 提 升 機(jī) 司 機(jī) 和 信 號(hào) 人 員 都 嚴(yán) 格 按 規(guī) 定 程 序 進(jìn) 行 操 作 無 誤 才 能 解 除 對(duì) 提 升 機(jī) 的 閉 鎖 一 套 完 備 的 PLC系 統(tǒng) 通 常 由 豎 井 信 號(hào) 工 業(yè) 電 視 監(jiān) 控 數(shù) 字 深 度 指 示 器 有 關(guān) 計(jì) 算 及 程 控 電 話 交 換 機(jī) 等 部 分 組 成 這 種 系 統(tǒng) 有 如 下 特 點(diǎn) 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 8 1 提 升 系 統(tǒng) 增 加 了 自 動(dòng) 控 制 的 功 能 例 如 當(dāng) 井 下 發(fā) 出 緊 急 停 車 信 號(hào) 時(shí) 能 自 動(dòng) 使 提 升 機(jī) 停 車 并 進(jìn) 行 停 車 閉 鎖 除 此 之 外 還 能 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 提 升 機(jī) 過 負(fù) 荷 和 各 種 故 障 的 檢 測 保 護(hù) 聯(lián) 鎖 及 罐 籠 對(duì) 位 等 功 能 2 顯 示 方 面 具 有 特 色 能 根 據(jù) 需 要 顯 示 井 下 各 個(gè) 中 段 的 情 況 和 顯 示 信 號(hào) 種 類 3 具 有 記 憶 功 能 能 記 憶 地 面 及 井 下 各 中 段 發(fā) 出 的 信 號(hào) 包 括 各 種 檢 修 信 號(hào) 4 工 作 可 靠 性 高 由 于 PLC為 無 觸 點(diǎn) 系 統(tǒng) 可 靠 性 更 高 尤 其 是 近 年 來 PLC 方 面 的 技 術(shù) 發(fā) 展 迅 速 使 由 PLC 組 成 的 系 統(tǒng) 的 抗 干 擾 能 力 越 來 越 強(qiáng) 它 能 在 惡 劣 的 環(huán) 境 中 可 靠 地 工 作 較 為 適 合 礦 山 環(huán) 境 不 佳 的 特 點(diǎn) 5 控 制 程 序 可 變 具 有 很 好 的 柔 性 對(duì) 于 分 期 投 產(chǎn) 的 礦 山 企 業(yè) 這 一 點(diǎn) 是 十 分 重 要 的 因 為 井 下 中 段 等 工 藝 條 件 變 化 之 后 不 需 改 變 信 號(hào) 系 統(tǒng) 的 硬 件 只 需 修 改 原 有 程 序 就 可 滿 足 新 的 要 求 新 型 礦 井 提 升 機(jī) 的 信 號(hào) 系 統(tǒng) 大 體 上 可 分 為 信 號(hào) 輸 入 信 號(hào) 輸 出 及 保 護(hù) 環(huán) 節(jié) 三 大 部 分 PLC 信 號(hào) 系 統(tǒng) 是 在 原 有 信 號(hào) 系 統(tǒng) 的 基 礎(chǔ) 上 加 入 控 制 核 心 PLC 及 相 應(yīng) 裝 置 將 老 系 統(tǒng) 的 點(diǎn) 信 號(hào) 送 入 PLC 輸 入 端 經(jīng) 處 理 輸 出 各 種 指 令 或 保 護(hù) 信 號(hào) 它 具 有 以 下 功 能 信 號(hào) 顯 示 和 保 留 提 升 點(diǎn) 信 號(hào) 的 點(diǎn) 數(shù) 和 提 升 中 段 名 稱 分 別 用 數(shù) 碼 管 顯 示 提 升 種 類 用 漢 字 顯 示 提 升 機(jī) 房 的 信 號(hào) 顯 示 器 只 顯 示 由 井 口 總 信 號(hào) 工 轉(zhuǎn) 發(fā) 的 信 號(hào) 點(diǎn) 數(shù) 井 口 和 各 中 段 的 信 號(hào) 顯 示 器 既 顯 示 由 本 中 段 自 發(fā) 的 信 號(hào) 又 顯 示 井 口 轉(zhuǎn) 發(fā) 的 信 號(hào) 這 些 顯 示 均 一 直 保 留 到 相 應(yīng) 的 提 升 過 程 結(jié) 束 避 免 了 信 號(hào) 的 誤 認(rèn) 和 誤 傳 信 號(hào) 顯 示 和 保 留 提 升 點(diǎn) 信 號(hào) 的 點(diǎn) 數(shù) 和 提 升 中 段 名 稱 分 別 用 數(shù) 碼 管 顯 示 提 升 種 類 用 漢 字 顯 示 提 升 機(jī) 房 的 信 號(hào) 顯 示 器 只 顯 示 由 井 口 總 信 號(hào) 工 轉(zhuǎn) 發(fā) 的 信 號(hào) 點(diǎn) 數(shù) 井 口 和 各 中 段 的 信 號(hào) 顯 示 器 既 顯 示 由 本 中 段 自 發(fā) 的 信 號(hào) 又 顯 示 井 口 轉(zhuǎn) 發(fā) 的 信 號(hào) 這 些 顯 示 均 一 直 保 留 到 相 應(yīng) 的 提 升 過 程 結(jié) 束 避 免 了 信 號(hào) 的 誤 認(rèn) 和 誤 傳 信 號(hào) 閉 鎖 當(dāng) 井 口 總 信 號(hào) 工 根 據(jù) 提 升 作 業(yè) 的 需 要 同 意 罐 籠 在 某 中 段 工 作 時(shí) 只 有 在 該 中 段 發(fā) 出 開 車 信 號(hào) 后 井 口 總 信 號(hào) 工 才 能 向 提 升 機(jī) 房 轉(zhuǎn) 發(fā) 出 工 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 9 作 信 號(hào) 否 則 即 使 中 段 轉(zhuǎn) 換 開 關(guān) 轉(zhuǎn) 到 去 向 井 口 的 位 置 井 口 總 信 號(hào) 工 也 無 法 向 提 升 機(jī) 房 發(fā) 出 開 車 信 號(hào) 實(shí) 現(xiàn) 了 罐 位 自 鎖 同 時(shí) 自 發(fā) 信 號(hào) 一 經(jīng) 發(fā) 出 系 統(tǒng) 自 動(dòng) 閉 鎖 后 面 續(xù) 發(fā) 的 信 號(hào) 無 效 實(shí) 現(xiàn) 了 信 號(hào) 自 鎖 此 外 系 統(tǒng) 還 具 備 程 序 閉 鎖 上 下 行 信 號(hào) 閉 鎖 信 號(hào) 系 統(tǒng) 與 提 升 機(jī) 電 控 系 統(tǒng) 間 的 閉 鎖 等 功 能 總 之 PLC 電 控 系 統(tǒng) 不 僅 大 大 增 加 了 安 全 保 護(hù) 功 能 而 且 安 全 可 靠 操 作 方 便 維 修 容 易 值 得 大 力 推 廣 1 2 2 功 能 本 次 設(shè) 計(jì) 的 功 能 包 括 車 房 信 號(hào) 臺(tái) 井 口 信 號(hào) 臺(tái) 井 下 信 號(hào) 臺(tái) 三 部 分 的 各 自 功 能 以 及 它 們 之 間 的 相 互 聯(lián) 絡(luò) 車 房 信 號(hào) 臺(tái) 功 能 井 口 井 下 提 升 信 號(hào) 的 數(shù) 字 顯 示 及 文 字 顯 示 包 括 運(yùn) 人 運(yùn) 物 檢 修 等 工 作 方 式 的 燈 光 顯 示 信 號(hào) 上 行 下 行 滿 上 滿 下 停 車 急 停 等 工 作 執(zhí) 行 信 號(hào) 的 燈 光 和 數(shù) 顯 信 號(hào) 存 儲(chǔ) 井 口 信 號(hào) 臺(tái) 本 次 前 次 的 打 點(diǎn) 信 號(hào) 在 極 短 的 時(shí) 間 內(nèi) 響 應(yīng) 井 口 信 號(hào) 臺(tái) 發(fā) 出 的 指 令 控 制 絞 車 的 運(yùn) 行 或 停 止 完 成 急 停 信 號(hào) 對(duì) 安 全 回 路 的 閉 鎖 停 車 信 號(hào) 閉 鎖 等 內(nèi) 容 井 口 信 號(hào) 臺(tái) 功 能 完 成 各 種 提 升 信 號(hào) 的 按 鈕 檢 測 顯 示 及 聲 音 提 示 包 括 運(yùn) 人 運(yùn) 物 檢 修 水 平 聯(lián) 系 等 選 擇 按 鈕 上 行 下 行 滿 上 滿 下 停 車 急 停 等 信 號(hào) 按 鈕 完 成 水 平 及 井 下 各 種 信 號(hào) 的 閉 鎖 和 監(jiān) 控 完 成 向 車 房 發(fā) 送 信 號(hào) 的 功 能 完 成 本 次 前 次 的 打 點(diǎn) 信 號(hào) 的 存 儲(chǔ) 語 言 報(bào) 警 功 能 井 下 信 號(hào) 臺(tái) 功 能 完 成 各 種 信 號(hào) 的 按 鈕 檢 測 顯 示 及 聲 音 提 示 包 括 工 作 方 式 信 號(hào) 工 作 執(zhí) 行 信 號(hào) 及 其 他 信 號(hào) 完 成 本 水 平 各 種 信 號(hào) 的 閉 鎖 功 能 完 成 向 井 口 發(fā) 送 信 號(hào) 的 功 能 完 成 對(duì) 信 號(hào) 的 存 儲(chǔ) 記 憶 功 能 1 2 3 設(shè) 計(jì) 簡 介 現(xiàn) 實(shí) 生 活 中 的 礦 井 有 多 個(gè) 灌 位 就 像 電 梯 的 運(yùn) 行 環(huán) 境 一 樣 各 個(gè) 灌 位 就 像 每 個(gè) 樓 層 車 房 信 號(hào) 臺(tái) 可 以 顯 示 提 升 機(jī) 所 在 的 具 體 灌 位 但 在 本 次 設(shè) 計(jì) 中 喬 老 師 在 給 我 布 置 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 時(shí) 將 問 題 簡 單 化 了 他 只 讓 我 做 兩 個(gè) 灌 位 井 口 井 底 而 且 故 障 報(bào) 警 也 只 規(guī) 定 了 三 個(gè) 過 電 流 報(bào) 警 過 電 壓 報(bào) 警 提 升 機(jī) 故 障 報(bào) 警 該 信 號(hào) 系 統(tǒng) 的 關(guān) 鍵 是 信 號(hào) 聯(lián) 絡(luò) 在 井 底 信 號(hào) 臺(tái) 只 能 進(jìn) 行 按 鈕 輸 入 操 作 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 10 車 房 信 號(hào) 臺(tái) 只 能 顯 示 輸 出 結(jié) 果 井 口 信 號(hào) 臺(tái) 既 能 輸 入 又 能 進(jìn) 行 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 發(fā) 在 各 自 灌 位 只 能 進(jìn) 行 一 些 特 定 的 操 作 例 如 在 井 口 只 能 進(jìn) 行 井 口 發(fā) 灌 要 灌 下 行 等 操 作 若 操 作 不 正 常 或 誤 操 作 信 號(hào) 將 解 除 不 能 發(fā) 送 出 去 只 能 是 井 底 井 口 信 號(hào) 一 致 且 無 誤 時(shí) 才 能 在 井 口 進(jìn) 行 信 號(hào) 確 認(rèn) 而 后 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 發(fā) 出 去 注 運(yùn) 行 時(shí) 安 全 門 打 開 時(shí) 信 號(hào) 發(fā) 不 出 去 一 切 信 號(hào) 將 解 除 設(shè) 計(jì) 中 我 用 了 指 示 燈 響 鈴 蜂 鳴 器 作 為 輸 出 顯 示 用 不 同 聲 次 的 響 鈴 分 別 代 表 上 行 下 行 慢 上 慢 下 同 時(shí) 代 表 各 自 運(yùn) 行 的 指 示 燈 亮 并 且 有 文 字 顯 示 文 字 注 釋 在 指 示 燈 的 下 面 燈 亮 時(shí) 文 字 即 顯 示 出 來 報(bào) 警 時(shí) 蜂 鳴 器 響 且 代 表 不 同 故 障 的 各 自 故 障 指 示 燈 亮 同 樣 有 輸 出 文 字 顯 示 由 于 在 設(shè) 計(jì) 中 除 了 電 流 檢 測 電 壓 檢 測 兩 個(gè) 模 擬 量 輸 入 外 其 余 的 全 是 數(shù) 字 量 開 關(guān) 量 因 此 信 號(hào) 采 集 非 常 簡 單 可 直 接 由 開 關(guān) 量 送 給 PLC 電 流 和 電 壓 的 信 號(hào) 由 電 量 變 送 器 再 加 個(gè) 模 擬 塊 傳 送 給 PLC 圖 1 2提 升 系 統(tǒng) 平 臺(tái) 原 理 圖 第 二 章 控 制 系 統(tǒng) 方 案 論 證 與 選 擇 2 1 系 統(tǒng) 總 體 設(shè) 計(jì) 思 想 2 1 1 礦 井 提 升 機(jī) 信 號(hào) 系 統(tǒng) 的 控 制 系 統(tǒng) 我 們 在 對(duì) 礦 井 提 升 機(jī) 信 號(hào) 系 統(tǒng) 的 控 制 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 選 擇 之 前 先 了 解 一 下 其 組 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 11 成 及 工 作 原 理 礦 井 提 升 機(jī) 在 礦 山 建 筑 等 行 業(yè) 應(yīng) 用 非 常 廣 泛 是 集 機(jī) 電 于 一 體 的 大 型 復(fù) 雜 系 統(tǒng) 礦 井 提 升 機(jī) 是 礦 井 生 產(chǎn) 中 極 其 重 要 的 環(huán) 節(jié) 是 礦 井 生 產(chǎn) 的 關(guān) 鍵 的 設(shè) 備 之 一 礦 井 提 升 機(jī) 是 聯(lián) 系 礦 山 井 上 和 井 下 的 咽 喉 設(shè) 備 主 要 用 于 提 運(yùn) 煤 炭 和 煤 研 石 運(yùn) 送 物 料 提 升 人 員 和 設(shè) 備 提 升 系 統(tǒng) 的 工 作 任 務(wù) 是 安 全 快 速 可 靠 高 效 地 完 成 提 升 運(yùn) 輸 任 務(wù) 而 安 全 運(yùn) 行 是 最 重 要 的 礦 井 提 升 機(jī) 信 號(hào) 系 統(tǒng) 是 礦 井 提 升 機(jī) 的 重 要 組 成 部 分 提 升 機(jī) 的 運(yùn) 行 全 靠 信 號(hào) 系 統(tǒng) 的 信 號(hào) 發(fā) 出 該 系 統(tǒng) 工 作 的 關(guān) 鍵 是 信 號(hào) 如 何 聯(lián) 絡(luò) 礦 井 提 升 機(jī) 的 信 號(hào) 系 統(tǒng) 包 括 聲 光 信 號(hào) 輔 助 信 號(hào) 電 話 等 信 號(hào) 種 類 一 般 有 工 作 執(zhí) 行 信 號(hào) 提 升 去 向 信 號(hào) 罐 位 信 號(hào) 提 升 機(jī) 種 類 信 號(hào) 檢 修 信 號(hào) 故 障 信 號(hào) 聯(lián) 絡(luò) 信 號(hào) 等 首 先 我 們 應(yīng) 清 楚 提 升 機(jī) 給 信 號(hào) 系 統(tǒng) 的 信 號(hào) 以 及 提 升 機(jī) 從 信 號(hào) 系 統(tǒng) 所 得 到 的 信 號(hào) 由 此 而 進(jìn) 行 各 種 操 作 圖 2 1 控 制 系 統(tǒng) 內(nèi) 容 2 1 2 系 統(tǒng) 總 體 設(shè) 計(jì) 本 設(shè) 計(jì) 以 某 礦 山 提 升 機(jī) 信 號(hào) 系 統(tǒng) 工 程 實(shí) 例 基 礎(chǔ) 信 號(hào) 系 統(tǒng) 有 保 護(hù) 系 統(tǒng) 信 號(hào) 系 統(tǒng) 和 信 號(hào) 輸 入 信 號(hào) 系 統(tǒng) 有 功 能 信 號(hào) 運(yùn) 人 運(yùn) 物 運(yùn) 礦 檢 修 上 行 下 行 罐 籠 去 向 井 口 井 底 罐 位 井 口 井 底 注 本 設(shè) 計(jì) 罐 位 不 包 括 井 下 各 中 段 只 有 井 口 井 底 兩 罐 位 如 2 1 圖 所 示 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 12 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 包 括 三 大 部 分 井 口 信 號(hào) 臺(tái) 井 底 信 號(hào) 臺(tái) 以 及 車 房 信 號(hào) 臺(tái) 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 要 求 能 實(shí) 時(shí) 反 映 提 升 機(jī) 的 各 種 狀 態(tài) 及 罐 位 且 井 口 井 底 的 輸 出 一 致 經(jīng) 信 號(hào) 確 認(rèn) 后 方 可 發(fā) 送 信 號(hào) 到 車 房 信 號(hào) 臺(tái) 兩 罐 位 信 號(hào) 部 一 致 或 誤 操 作 信 號(hào) 會(huì) 解 除 不 能 發(fā) 送 需 重 新 進(jìn) 行 信 號(hào) 聯(lián) 絡(luò) 2 2 控 制 系 統(tǒng) 方 案 論 證 與 選 擇 根 據(jù) 上 述 工 藝 介 紹 及 設(shè) 計(jì) 要 求 要 完 成 任 務(wù) 有 多 種 選 擇 方 案 可 以 由 各 種 控 制 繼 電 器 和 主 令 開 關(guān) 構(gòu) 成 它 的 突 出 特 點(diǎn) 是 點(diǎn) 信 號(hào) 電 鈴 震 響 或 指 示 燈 明 滅 的 次 數(shù) 來 代 表 各 種 提 升 信 號(hào) 各 提 升 中 段 的 點(diǎn) 信 號(hào) 直 接 傳 送 到 井 口 總 信 號(hào) 房 再 由 井 口 總 信 號(hào) 工 轉(zhuǎn) 發(fā) 到 提 升 機(jī) 房 也 可 以 采 用 單 片 機(jī) 作 為 主 控 制 系 統(tǒng) 控 制 臺(tái) 通 過 單 片 機(jī) 的 串 行 口 來 實(shí) 現(xiàn) 主 從 式 多 級(jí) 通 訊 系 統(tǒng) 以 上 井 口 控 制 臺(tái) 作 為 主 控 制 臺(tái) 下 井 口 絞 車 房 控 制 臺(tái) 為 從 控 制 臺(tái) 也 可 以 采 用 PLC作 為 信 號(hào) 系 統(tǒng) 的 控 制 系 統(tǒng) 可 在 井 口 井 底 車 房 信 號(hào) 臺(tái) 給 用 一 個(gè) PLC 亦 可 以 只 在 井 口 使 用 PLC 原 理 和 使 用 繼 電 器 的 一 樣 都 通 過 井 口 信 號(hào) 工 的 信 號(hào) 確 認(rèn) 以 及 轉(zhuǎn) 發(fā) 完 成 信 號(hào) 系 統(tǒng) 的 功 能 2 1 1 方 案 一 采 用 繼 電 器 和 主 令 開 關(guān) 構(gòu) 成 主 回 路 采 用 點(diǎn) 信 號(hào) 來 代 表 各 種 提 升 信 號(hào) 例 如 以 一 長 點(diǎn) 表 示 要 罐 一 長 兩 短 表 示 上 行 一 長 三 短 表 示 下 行 兩 短 表 示 提 物 三 短 表 示 提 人 等 等 這 種 信 號(hào) 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 簡 單 操 作 方 便 但 存 在 如 下 缺 點(diǎn) 1 由 于 無 法 保 留 和 復(fù) 現(xiàn) 點(diǎn) 數(shù) 所 以 信 號(hào) 識(shí) 別 全 憑 操 作 者 的 聽 覺 和 視 覺 容 易 造 成 信 號(hào) 的 誤 認(rèn) 和 誤 傳 因 信 號(hào) 的 誤 認(rèn) 和 誤 傳 而 導(dǎo) 致 的 提 升 事 故 屢 見 不 鮮 2 信 號(hào) 之 間 信 號(hào) 系 統(tǒng) 與 提 升 機(jī) 電 控 系 統(tǒng) 之 間 沒 有 聯(lián) 鎖 井 口 總 信 號(hào) 工 和 司 機(jī) 的 操 作 不 受 制 約 很 容 易 因 誤 操 作 而 引 發(fā) 事 故 3 聲 光 信 號(hào) 一 瞬 即 逝 無 據(jù) 可 查 一 旦 發(fā) 生 事 故 給 事 故 分 析 帶 來 困 難 很 難 找 出 真 正 的 事 故 原 因 致 使 同 類 事 故 重 復(fù) 發(fā) 生 4 由 于 信 號(hào) 稍 縱 即 逝 操 作 人 員 的 精 力 必 須 高 度 集 中 加 重 了 工 人 的 負(fù) 擔(dān) 以 上 缺 點(diǎn) 嚴(yán) 重 影 響 了 提 升 機(jī) 運(yùn) 行 的 安 全 傳 統(tǒng) 的 繼 電 器 信 號(hào) 系 統(tǒng) 為 有 觸 點(diǎn) 系 統(tǒng) 元 件 易 發(fā) 生 故 障 工 作 可 靠 性 差 一 旦 控 制 或 閉 鎖 失 靈 則 事 故 將 不 可 避 免 此 信 號(hào) 系 統(tǒng) 正 在 被 淘 汰 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 13 2 1 2 方 案 二 該 控 制 系 統(tǒng) 采 用 了 先 進(jìn) 的 數(shù) 字 通 信 技 術(shù) 該 系 統(tǒng) 分 上 井 口 下 井 口 和 絞 車 房 三 個(gè) 控 制 臺(tái) 各 控 制 臺(tái) 采 用 MCS89C51 單 片 機(jī) 作 CPU 控 制 臺(tái) 通 過 單 片 機(jī) 的 串 行 口 來 實(shí) 現(xiàn) 主 從 式 多 級(jí) 通 訊 系 統(tǒng) 以 上 井 口 控 制 臺(tái) 作 為 主 控 制 臺(tái) 下 井 口 絞 車 房 控 制 臺(tái) 為 從 控 制 臺(tái) 下 井 口 到 上 井 口 需 兩 對(duì) 電 纜 各 控 制 臺(tái) 還 配 有 數(shù) 字 漢 字 提 示 語 音 提 示 這 樣 既 照 顧 了 操 作 人 員 的 習(xí) 慣 操 作 又 減 輕 了 工 作 人 員 的 負(fù) 擔(dān) 同 時(shí) 增 加 了 信 號(hào) 的 存 儲(chǔ) 功 能 便 于 以 后 的 查 證 系 統(tǒng) 采 用 分 時(shí) 的 半 雙 工 通 訊 電 路 通 過 改 變 電 平 來 分 時(shí) 完 成 對(duì) 下 井 口 和 絞 車 房 的 通 訊 其 原 理 框 圖 見 下 圖 所 示 2 2 系 統(tǒng) 原 理 框 圖 新 型 礦 井 提 升 機(jī) 信 號(hào) 裝 置 在 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 中 應(yīng) 用 了 先 進(jìn) 的 單 片 機(jī) 技 術(shù) 數(shù) 字 通 信 技 術(shù) 和 漢 字 顯 示 技 術(shù) 具 有 聲 光 兼 備 漢 字 顯 示 數(shù) 字 存 儲(chǔ) 故 障 診 斷 安 全 閉 鎖 保 護(hù) 等 特 點(diǎn) 尤 其 在 通 信 方 面 采 用 了 數(shù) 字 通 信 技 術(shù) 只 需 兩 對(duì) 普 通 電 纜 且 信 號(hào) 種 類 和 數(shù) 量 不 受 限 制 提 高 了 信 號(hào) 傳 輸 的 可 靠 性 和 靈 活 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 14 性 功 能 靈 活 多 樣 擴(kuò) 展 方 便 新 型 礦 井 提 升 機(jī) 信 號(hào) 裝 置 的 使 用 有 效 地 解 決 了 在 微 機(jī) 系 統(tǒng) 中 信 號(hào) 的 遠(yuǎn) 距 離 傳 輸 和 可 靠 性 問 題 該 控 制 系 統(tǒng) 功 能 齊 全 下 井 口 到 上 井 口 只 需 兩 對(duì) 電 纜 既 方 便 又 經(jīng) 濟(jì) 各 控 制 臺(tái) 還 配 有 數(shù) 字 漢 字 提 示 語 音 提 示 這 樣 既 照 顧 了 操 作 人 員 的 習(xí) 慣 操 作 又 減 輕 了 工 作 人 員 的 負(fù) 擔(dān) 同 時(shí) 增 加 了 信 號(hào) 的 存 儲(chǔ) 功 能 便 于 以 后 的 查 證 但 煤 礦 工 作 環(huán) 境 惡 劣 各 種 電 機(jī) 的 頻 繁 啟 動(dòng) 與 運(yùn) 行 引 起 的 電 磁 干 擾 以 及 電 網(wǎng) 的 不 穩(wěn) 定 對(duì) 通 訊 信 號(hào) 和 通 訊 裝 置 都 將 產(chǎn) 生 巨 大 的 影 響 2 1 3 方 案 三 在 井 口 信 號(hào) 臺(tái) 使 用 PLC 井 底 只 進(jìn) 行 按 鈕 操 作 車 房 只 能 顯 示 輸 出 結(jié) 果 如 文 字 顯 示 各 種 工 作 執(zhí) 行 信 號(hào) 和 罐 位 信 號(hào) 聲 音 提 示 運(yùn) 行 狀 態(tài) 及 故 障 各 部 分 的 邏 輯 控 制 中 心 均 由 日 本 三 菱 公 司 生 產(chǎn) 的 PLC 所 構(gòu) 成 信 號(hào) 有 模 擬 信 號(hào) 和 數(shù) 字 信 號(hào) 大 部 分 是 開 關(guān) 量 可 直 接 傳 送 給 PLC 模 擬 信 號(hào) 由 電 量 變 送 器 再 用 模 擬 輸 入 模 塊 FX2N 2AD傳 送 給 PLC 各 部 分 之 間 的 信 號(hào) 經(jīng) 信 號(hào) 確 認(rèn) 直 接 轉(zhuǎn) 發(fā) 到 PLC 車 房 信 號(hào) 臺(tái) 安 裝 在 絞 車 司 機(jī) 房 內(nèi) 井 口 井 下 信 號(hào) 臺(tái) 分 別 安 裝 在 井 口 井 下 的 信 號(hào) 房 內(nèi) 井 口 井 下 罐 位 信 號(hào) 由 光 電 開 關(guān) 采 集 該 控 制 系 統(tǒng) 原 理 框 圖 見 下 圖 2 3所 示 該 系 統(tǒng) 的 信 號(hào) 的 發(fā) 送 方 式 1 轉(zhuǎn) 發(fā) 方 式 井 下 的 信 號(hào) 必 須 經(jīng) 由 井 口 轉(zhuǎn) 發(fā) 不 得 越 過 井 口 信 號(hào) 工 直 接 向 車 房 發(fā) 送 井 口 信 號(hào) 工 必 須 在 井 下 信 號(hào) 發(fā) 出 后 才 能 發(fā) 出 信 號(hào) 當(dāng) 井 口 信 號(hào) 和 井 下 信 號(hào) 一 致 時(shí) 該 信 號(hào) 才 能 傳 到 車 房 否 則 無 效 需 井 口 信 號(hào) 工 重 發(fā) 在 信 號(hào) 發(fā) 出 的 同 時(shí) 井 口 井 下 均 有 燈 光 顯 示 聲 音 提 示 數(shù) 字 記 憶 記 憶 的 數(shù) 字 直 到 下 一 個(gè) 信 號(hào) 發(fā) 出 才 會(huì) 消 失 2 直 發(fā) 方 式 停 車 急 停 信 號(hào) 采 用 直 接 向 車 房 發(fā) 送 的 方 式 不 經(jīng) 上 井 口 轉(zhuǎn) 發(fā) 以 保 證 快 速 停 車 當(dāng) 急 停 信 號(hào) 發(fā) 出 后 其 他 指 令 信 號(hào) 均 不 能 發(fā) 出 并 能 閉 鎖 提 升 機(jī) 安 全 控 制 回 路 當(dāng) 信 號(hào) 為 慢 上 慢 下 時(shí) 能 閉 鎖 提 升 機(jī) 的 高 速 運(yùn) 轉(zhuǎn) 控 制 回 路 該 控 制 系 統(tǒng) 對(duì) 對(duì) 信 號(hào) 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 檢 測 和 控 制 增 加 并 完 善 信 號(hào) 裝 置 的 功 能 使 提 升 設(shè) 備 的 工 作 更 加 安 全 可 靠 方 案 二 和 三 的 控 制 系 統(tǒng) 都 比 較 安 全 可 靠 且 能 夠 實(shí) 現(xiàn) 設(shè) 計(jì) 要 求 兩 者 的 控 制 系 統(tǒng) 一 個(gè) 為 單 片 機(jī) 另 一 各 為 PLC 為 了 進(jìn) 行 方 案 確 定 我 們 首 先 看 一 下 兩 者 的 區(qū) 別 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 15 PLC是 一 種 專 門 為 在 工 業(yè) 環(huán) 境 下 應(yīng) 用 而 設(shè) 計(jì) 的 數(shù) 字 運(yùn) 算 操 作 的 電 子 裝 置 它 采 用 可 以 編 制 程 序 的 存 儲(chǔ) 器 用 來 在 其 內(nèi) 部 存 儲(chǔ) 執(zhí) 行 邏 輯 運(yùn) 算 順 序 運(yùn) 算 計(jì) 時(shí) 計(jì) 數(shù) 和 算 術(shù) 運(yùn) 算 等 操 作 的 指 令 并 能 通 過 數(shù) 字 式 或 模 擬 式 的 輸 入 和 輸 出 控 制 各 種 類 型 的 機(jī) 械 或 生 產(chǎn) 過 程 PLC及 其 有 關(guān) 的 外 圍 設(shè) 備 都 應(yīng) 該 按 易 于 與 工 業(yè) 控 制 系 統(tǒng) 形 成 一 個(gè) 整 體 易 于 擴(kuò) 展 其 功 能 的 原 則 而 設(shè) 2 3 PLC控 制 系 統(tǒng) 原 理 框 圖 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 16 圖 2 4 PLC控 制 系 統(tǒng) 示 意 圖 計(jì) 通 過 以 上 幾 種 方 案 綜 合 考 慮 但 由 于 煤 礦 工 作 環(huán) 境 惡 劣 各 種 電 機(jī) 的 頻 繁 啟 動(dòng) 與 運(yùn) 行 引 起 的 電 磁 干 擾 以 及 電 網(wǎng) 的 不 穩(wěn) 定 對(duì) 通 訊 信 號(hào) 和 通 訊 裝 置 都 將 產(chǎn) 生 巨 大 的 影 響 它 具 以 下 特 點(diǎn) 1 可 靠 性 高 抗 干 擾 能 力 強(qiáng) 高 可 靠 性 是 電 氣 控 制 設(shè) 備 的 關(guān) 鍵 性 能 PLC由 于 采 用 現(xiàn) 代 大 規(guī) 模 集 成 電 路 技 術(shù) 采 用 嚴(yán) 格 的 生 產(chǎn) 工 藝 制 造 內(nèi) 部 電 路 采 取 了 先 進(jìn) 的 抗 干 擾 技 術(shù) 具 有 很 高 的 可 靠 性 例 如 三 菱 公 司 生 產(chǎn) 的 FX系 列 PLC平 均 無 故 障 時(shí) 間 高 達(dá) 30 萬 小 時(shí) 一 些 使 用 冗 余 CPU的 PLC的 平 均 無 故 障 工 作 時(shí) 間 則 更 長 從 PLC的 機(jī) 外 電 路 來 說 使 用 PLC構(gòu) 成 控 制 系 統(tǒng) 和 同 等 規(guī) 模 的 繼 電 接 觸 器 系 統(tǒng) 相 比 電 氣 接 線 及 開 關(guān) 接 點(diǎn) 已 減 少 到 數(shù) 百 甚 至 數(shù) 千 分 之 一 故 障 也 就 大 大 降 低 此 外 PLC帶 有 硬 件 故 障 自 我 檢 測 功 能 出 現(xiàn) 故 障 時(shí) 可 及 時(shí) 發(fā) 出 警 報(bào) 信 息 在 應(yīng) 用 軟 件 中 應(yīng) 用 者 還 可 以 編 入 外 圍 器 件 的 故 障 自 診 斷 程 序 使 系 統(tǒng) 中 除 PLC以 外 的 電 路 及 設(shè) 備 也 獲 得 故 障 自 診 斷 保 護(hù) 這 樣 整 個(gè) 系 統(tǒng) 具 有 極 高 的 可 靠 性 2 配 套 齊 全 功 能 完 善 適 用 性 強(qiáng) PLC發(fā) 展 到 今 天 已 經(jīng) 形 成 了 大 中 小 各 種 規(guī) 模 的 系 列 化 產(chǎn) 品 可 以 用 于 各 種 規(guī) 模 的 工 業(yè) 控 制 場 合 除 了 邏 輯 處 理 功 能 以 外 現(xiàn) 代 PLC大 多 具 有 完 善 的 數(shù) 據(jù) 運(yùn) 算 能 力 可 用 于 各 種 數(shù) 字 控 制 領(lǐng) 域 近 年 來 PLC的 功 能 單 元 大 量 涌 現(xiàn) 使 PLC滲 透 到 了 位 置 控 制 溫 度 控 制 CNC等 各 種 工 業(yè) 控 制 中 加 上 PLC通 信 能 力 的 增 強(qiáng) 及 人 機(jī) 界 面 技 術(shù) 的 發(fā) 展 使 用 PLC組 成 各 種 控 制 系 統(tǒng) 變 得 非 常 容 易 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 17 3 易 學(xué) 易 用 深 受 工 程 技 術(shù) 人 員 歡 迎 PLC作 為 通 用 工 業(yè) 控 制 計(jì) 算 機(jī) 是 面 向 工 礦 企 業(yè) 的 工 控 設(shè) 備 它 接 口 容 易 編 程 語 言 易 于 為 工 程 技 術(shù) 人 員 接 受 梯 形 圖 語 言 的 圖 形 符 號(hào) 與 表 達(dá) 方 式 和 繼 電 器 電 路 圖 相 當(dāng) 接 近 只 用 PLC的 少 量 開 關(guān) 量 邏 輯 控 制 指 令 就 可 以 方 便 地 實(shí) 現(xiàn) 繼 電 器 電 路 的 功 能 為 不 熟 悉 電 子 電 路 不 懂 計(jì) 算 機(jī) 原 理 和 匯 編 語 言 的 人 使 用 計(jì) 算 機(jī) 從 事 工 業(yè) 控 制 打 開 了 方 便 之 門 4 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 建 造 工 作 量 小 維 護(hù) 方 便 容 易 改 造 PLC用 存 儲(chǔ) 邏 輯 代 替 接 線 邏 輯 大 大 減 少 了 控 制 設(shè) 備 外 部 的 接 線 使 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 及 建 造 的 周 期 大 為 縮 短 同 時(shí) 維 護(hù) 也 變 得 容 易 起 來 更 重 要 的 是 使 同 一 設(shè) 備 經(jīng) 過 改 變 程 序 改 變 生 產(chǎn) 過 程 成 為 可 能 這 很 適 合 多 品 種 小 批 量 的 生 產(chǎn) 場 合 5 體 積 小 重 量 輕 能 耗 低 以 超 小 型 PLC為 例 新 近 出 產(chǎn) 的 品 種 底 部 尺 寸 小 于 100mm 重 量 小 于 150g 功 耗 僅 數(shù) 瓦 由 于 體 積 小 很 容 易 裝 入 機(jī) 械 內(nèi) 部 是 實(shí) 現(xiàn) 機(jī) 電 一 體 化 的 理 想 控 制 設(shè) 備 總 之 PLC在 國 內(nèi) 外 已 廣 泛 應(yīng) 用 于 鋼 鐵 石 油 化 工 電 力 建 材 機(jī) 械 制 造 汽 車 輕 紡 交 通 運(yùn) 輸 環(huán) 保 及 文 化 娛 樂 等 各 個(gè) 行 業(yè) 使 用 情 況 大 致 可 歸 納 為 如 下 幾 類 1 開 關(guān) 量 的 邏 輯 控 制 這 是 PLC最 基 本 最 廣 泛 的 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 它 取 代 傳 統(tǒng) 的 繼 電 器 電 路 實(shí) 現(xiàn) 邏 輯 控 制 順 序 控 制 既 可 用 于 單 臺(tái) 設(shè) 備 的 控 制 也 可 用 于 多 機(jī) 群 控 及 自 動(dòng) 化 流 水 線 如 注 塑 機(jī) 印 刷 機(jī) 訂 書 機(jī) 械 組 合 機(jī) 床 磨 床 包 裝 生 產(chǎn) 線 電 鍍 流 水 線 等 2 模 擬 量 控 制 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 18 在 工 業(yè) 生 產(chǎn) 過 程 當(dāng) 中 有 許 多 連 續(xù) 變 化 的 量 如 溫 度 壓 力 流 量 液 位 和 速 度 等 都 是 模 擬 量 為 了 使 可 編 程 控 制 器 處 理 模 擬 量 必 須 實(shí) 現(xiàn) 模 擬 量 Analog 和 數(shù) 字 量 Digital 之 間 的 A D轉(zhuǎn) 換 及 D A轉(zhuǎn) 換 PLC廠 家 都 生 產(chǎn) 配 套 的 A D和 D A轉(zhuǎn) 換 模 塊 使 可 編 程 控 制 器 用 于 模 擬 量 控 制 3 運(yùn) 動(dòng) 控 制 PLC可 以 用 于 圓 周 運(yùn) 動(dòng) 或 直 線 運(yùn) 動(dòng) 的 控 制 從 控 制 機(jī) 構(gòu) 配 置 來 說 早 期 直 接 用 于 開 關(guān) 量 I O模 塊 連 接 位 置 傳 感 器 和 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 現(xiàn) 在 一 般 使 用 專 用 的 運(yùn) 動(dòng) 控 制 模 塊 如 可 驅(qū) 動(dòng) 步 進(jìn) 電 機(jī) 或 伺 服 電 機(jī) 的 單 軸 或 多 軸 位 置 控 制 模 塊 世 界 上 各 主 要 PLC廠 家 的 產(chǎn) 品 幾 乎 都 有 運(yùn) 動(dòng) 控 制 功 能 廣 泛 用 于 各 種 機(jī) 械 機(jī) 床 機(jī) 器 人 電 梯 等 場 合 4 過 程 控 制 過 程 控 制 是 指 對(duì) 溫 度 壓 力 流 量 等 模 擬 量 的 閉 環(huán) 控 制 作 為 工 業(yè) 控 制 計(jì) 算 機(jī) PLC能 編 制 各 種 各 樣 的 控 制 算 法 程 序 完 成 閉 環(huán) 控 制 PID調(diào) 節(jié) 是 一 般 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 中 用 得 較 多 的 調(diào) 節(jié) 方 法 大 中 型 PLC都 有 PID模 塊 目 前 許 多 小 型 PLC也 具 有 此 功 能 模 塊 PID處 理 一 般 是 運(yùn) 行 專 用 的 PID子 程 序 過 程 控 制 在 冶 金 化 工 熱 處 理 鍋 爐 控 制 等 場 合 有 非 常 廣 泛 的 應(yīng) 用 5 數(shù) 據(jù) 處 理 現(xiàn) 代 PLC具 有 數(shù) 學(xué) 運(yùn) 算 含 矩 陣 運(yùn) 算 函 數(shù) 運(yùn) 算 邏 輯 運(yùn) 算 數(shù) 據(jù) 傳 送 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 換 排 序 查 表 位 操 作 等 功 能 可 以 完 成 數(shù) 據(jù) 的 采 集 分 析 及 處 理 這 些 數(shù) 據(jù) 可 以 與 存 儲(chǔ) 在 存 儲(chǔ) 器 中 的 參 考 值 比 較 完 成 一 定 的 控 制 操 作 也 可 以 利 用 通 信 功 能 傳 送 到 別 的 智 能 裝 置 或 將 它 們 打 印 制 表 數(shù) 據(jù) 處 理 一 般 用 于 大 型 控 制 系 統(tǒng) 如 無 人 控 制 的 柔 性 制 造 系 統(tǒng) 也 可 用 于 過 程 控 制 系 統(tǒng) 如 造 紙 冶 金 食 品 工 業(yè) 中 的 一 些 大 型 控 制 系 統(tǒng) 6 通 信 及 聯(lián) 網(wǎng) PLC通 信 含 PLC間 的 通 信 及 PLC與 其 它 智 能 設(shè) 備 間 的 通 信 隨 著 計(jì) 算 機(jī) 控 制 的 發(fā) 展 工 廠 自 動(dòng) 化 網(wǎng) 絡(luò) 發(fā) 展 得 很 快 各 PLC廠 商 都 十 分 重 視 PLC的 通 信 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 19 功 能 紛 紛 推 出 各 自 的 網(wǎng) 絡(luò) 系 統(tǒng) 新 近 生 產(chǎn) 的 PLC都 具 有 通 信 接 口 通 信 非 常 方 便 不 同 廠 家 的 PLC有 相 同 的 工 作 原 理 類 似 的 功 能 和 指 標(biāo) 有 一 定 的 互 換 性 質(zhì) 量 有 保 證 編 程 軟 件 正 朝 標(biāo) 準(zhǔn) 化 方 向 邁 進(jìn) 這 正 是 PLC獲 得 廣 泛 應(yīng) 用 的 基 礎(chǔ) 而 單 片 機(jī) 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 則 是 八 仙 過 海 各 顯 神 通 功 能 千 差 萬 別 質(zhì) 量 參 差 不 齊 學(xué) 習(xí) 使 用 和 維 護(hù) 都 很 困 難 單 片 機(jī) 的 編 程 麻 煩 可 讀 性 差 實(shí) 時(shí) 控 制 不 太 占 優(yōu) 勢 但 是 他 的 成 本 低 控 制 方 式 比 較 靈 活 而 PLC對(duì) 于 實(shí) 時(shí) 控 制 來 說 就 比 較 優(yōu) 越 他 的 編 程 方 式 簡 單 可 以 用 指 令 或 是 梯 形 圖 來 進(jìn) 行 編 程 易 學(xué) 易 懂 但 是 成 本 較 高 適 合 用 于 工 業(yè) 控 制 最 后 我 們 從 工 程 的 角 度 看 對(duì) 單 項(xiàng) 工 程 或 重 復(fù) 數(shù) 極 少 的 項(xiàng) 目 采 用 PLC方 案 是 明 智 快 捷 的 途 徑 成 功 率 高 可 靠 性 好 手 尾 少 但 成 本 較 高 對(duì) 于 量 大 的 配 套 項(xiàng) 目 采 用 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 具 有 成 本 低 效 益 高 的 優(yōu) 點(diǎn) 但 這 要 有 相 當(dāng) 的 研 發(fā) 力 量 和 行 業(yè) 經(jīng) 驗(yàn) 才 能 使 系 統(tǒng) 穩(wěn) 定 可 靠 地 運(yùn) 行 最 好 的 方 法 是 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 嵌 入 PLC的 功 能 這 樣 可 大 大 簡 化 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 的 研 制 時(shí) 間 性 能 得 到 保 障 效 益 也 就 有 保 證 對(duì) 于 本 設(shè) 計(jì) 由 于 礦 井 工 作 環(huán) 境 比 較 惡 劣 且 常 用 事 故 發(fā) 生 各 種 電 機(jī) 的 頻 繁 啟 動(dòng) 與 運(yùn) 行 引 起 的 電 磁 干 擾 以 及 電 網(wǎng) 的 不 穩(wěn) 定 對(duì) 通 訊 信 號(hào) 和 通 訊 裝 置 都 將 產(chǎn) 生 巨 大 的 影 響 故 可 采 用 方 案 三 作 為 此 次 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 信 號(hào) 系 統(tǒng) 的 控 制 系 統(tǒng) 蘭 州 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 20 第 三 章 硬 件 設(shè) 計(jì) 部 分 我 在 本 此 設(shè) 計(jì) 中 選 擇 的 控 制 器 是 三 菱 公 司 FX2N系 列 的 可 編 程 控 制 器 Programmable logical controller 縮 寫 為 PLC 是 小 型 PLC 單 元 式 單 機(jī) 最 大 容 量 為 256點(diǎn) PLC就 是 一 種 工 業(yè) 計(jì) 算 機(jī) 其 核 心 就 是 一 臺(tái) 計(jì) 算 機(jī) 但 由 于 有 接 口 器 件 及 監(jiān) 控 軟 件 的 包 圍 因 此 其 外 形 不 像 計(jì) 算 機(jī) 操 作 使 用 方 法 編 程 語 言 甚 至 工 作 原 理 都 與 計(jì) 算 機(jī) 部 同 另 一 方 面 作 為 繼 電 控 制 盤 的 替 代 物 由 于 其 核 心 是 計(jì) 算 機(jī) 芯 片 因 此 與 繼 電 器 邏 輯 控 制 亦 不 同 PLC 的 工 作 方 式 是 掃 描 工 作 方 式 該 設(shè) 計(jì) 中 用 到 的 硬 件 有 PLC 用 作 各 種 數(shù) 字 量 輸 入 的 按 鈕 開 關(guān) 限 位 開 關(guān) 光 電 開 關(guān) 選 擇 開 關(guān) 等 以 及 模 擬 量 輸 入 的 電 量 變 送 器 電 壓 電 流 變 送 器 模 擬 量 輸 入 模 塊 FX2N 2AD 輸 出 有 啟 動(dòng) 電 動(dòng) 機(jī) 的 繼 電 器 顯 示 各 種 執(zhí) 行 信 號(hào) 的 指 示 燈 以 及 用 到 一 些 聲 音 信 號(hào) 反 映 的 響 鈴 故 障 報(bào) 警 用 的 蜂 鳴 器 首 先 我 們 先 對(duì) 主 控 制 系 統(tǒng) PLC進(jìn) 行 選 型 3 1PLC的 選 型 PLC是 PLC控 制 系 統(tǒng) 的 核 心 部 件 正 確 選 擇 PLC對(duì) 于 保 證 整 個(gè) 控 制 系 統(tǒng) 的 技 術(shù) 經(jīng) 濟(jì) 性 能 指 標(biāo) 起 著 重 要 作 用 選 擇 PLC包 括 機(jī) 型 容 量 的 選 擇 以 及 I O模 塊 電 源 模 塊 等 的 選 擇 3